KR102529867B1 - 자외선을 이용한 수질내 염소 농도 측정 시스템 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자외선을 이용한 수질내 염소 농도 측정 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 원수를 저장하는 제1 저장 탱크; 상기 저장탱크에 연결된 배관에 설치되고, 2개 이상의 전극으로 구성되어 상기 전극에 공급되는 전류에 의해 상기 원수를 전기분해하여 전해수로 변환시키는 전기분해 반응부; 상기 전해수가 저장되는 제2 저장 탱크; 상기 제2 저장 탱크의 일측에 설치되어, 기 설정된 파장 대역의 자외선을 입사광으로 상기 제2 저장 탱크 쪽으로 조사하는 발광부; 상기 제2 저장 탱크의 타측에 설치되어, 상기 전해수를 통과한 빛을 검출하는 검출부; 및 상기 검출부에서 검출된 빛을 이용하여 상기 전해수에서의 흡수광 스펙트럼을 산출한 후 입사광 스펙트럼을 비교하여 전해수 내 유리잔류염소의 농도를 산출하는 제어부를 포함하는 것이다.
Description
본 발명은 자외선을 이용한 수질내 염소 농도 측정 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 일 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
살균을 위한 전해수는 각종 세균, 곰팡이, 바이러스 등에 대하여 살균, 소독력을 가지는 것으로서, 차아염소산, 또는 차아염소산나트륨을 그 예로 들 수 있다. 차아염소산(hypochlorous acid)이라고 표현되기도 하는 차아염소산은 염소계 살균소독제로서 강력한 산화제이다.
염소계 살균소독제의 살균, 소독력은 유리잔류염소에 의해 결정되는데, 유리잔류염소는 염소이온(Cl-), 차아염소산(HOCl), 차아염소산염(OCl-)으로 존재하며, 유리잔류염소의 존재형태는 pH에 의해 그 존재 형태가 달라진다.
pH4 이하에서는 염소가스(Cl2)의 형태로 약산 및 중성영역에서는 차아염소산(HOCl)형태로, 알카리성영역에서는 차아염소산염(OCl-)의 형태로 존재하며, 차아염소산(HOCl)의 살균력이 차아염소산염(OCl-)보다 우수한 것으로 알려져 있고, 특히 pH 6 이하에서 차아염소산/차아염소산염의 비율이 크게 증대된다.
차아염소산수는 강산성차아염소산수(pH 2.7이하, 유효염소농도 20~60ppm)와, 미산성차아염소산수(pH 5.0~6.5, 유효염소농도 10~30ppm)로 분류되며, 유효염소의 안정성은 미산성차아염소산수가 우수하다.
일반적으로 먹는 수돗물에 포함되는 염소농도는 한계치가 존재하며 (0.6~2.0ppm)으로 pH 5.8~8.5를 유지해야 하며 염소농도를 조절하기 위해 Na2S2O3(티오황산나트륨)과 같은 염소중화제를 사용하기도 한다.
종래의 잔류염소 측정 방법으로는 잔류염소 측정 페이퍼를 이용한 비색법 또는 용액에 흡수되는 빛의 양과 용액의 농도와의 상관관계를 이용하여 용액의 농도를 정량하는 흡광광도법(Absorption Photometry)이 주로 이용된다.
비색법을 이용하는 경우에는 작업자가 직접 전해수에 잔류염소 측정 페이퍼를 투입하여 전해수의 염소농도를 측정하였으나, 이는 수작업으로 농도를 측정해야 해서 번거로울 뿐만 아니라 정밀 측정이 어려우며, 농도를 적정치로 조절하는데 많은 시간이 소모되어 작업에 어려움이 많다.
이러한 흡광광도법을 사용한 잔류염소 농도 측정 방법을 수행하기 위해서는, 잔류염소 농도 측정기(TRO 센서)를 필요로 하는데, 잔류 산화제의 농도를 측정하는 TRO 센서는 전해수에 잔류 산화제의 농도를 나타내기까지의 지연시간이 있어 실시간 농도의 측정이 불가능하다는 문제점이 있다. 즉, TRO 센서는 1회 측정 시간(측정 사이클)이 보통 110초 ~ 10분 정도 소요되므로 대략 110초 ~ 10분 정도의 측정 간격을 두고 수질 측정이 가능하기 때문에, 측정 사이클 중에 지나가는 시료는 TRO 센서가 농도를 측정할 수 없게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 자외선 흡광법을 이용하여 원수 또는 전해수 내 염소 종류별로 농도를 측정할 수 있는 자외선을 이용한 수질내 염소 농도 측정 시스템 및 그 방법을 제공하는 것에 목적이 있다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선을 이용한 수질내 염소 농도 측정 시스템은, 원수를 저장하는 제1 저장 탱크; 상기 저장탱크에 연결된 배관에 설치되고, 2개 이상의 전극으로 구성되어 상기 전극에 공급되는 전류에 의해 상기 원수를 전기분해하여 전해수로 변환시키는 전기분해 반응부; 상기 전해수가 저장되는 제2 저장 탱크; 상기 제2 저장 탱크의 일측에 설치되어, 기 설정된 파장 대역의 자외선을 입사광으로 상기 제2 저장 탱크 쪽으로 조사하는 발광부; 상기 제2 저장 탱크의 타측에 설치되어, 상기 전해수를 통과한 빛을 검출하는 검출부; 및 상기 검출부에서 검출된 빛을 이용하여 상기 전해수에서의 흡수광 스펙트럼을 산출한 후 입사광 스펙트럼을 비교하여 전해수 내 유리잔류염소의 농도를 산출하는 제어부를 포함하는 것이다.
상기 제2 저장 탱크는 상기 입사광이 투과되어 상기 검출부에서 흡수광을 검출할 수 있는 재질로 형성된 것이다.
상기 제어부는 유리잔류염소의 농도를 이용하여 Cl-(염소이온), HOCL(치아염소산) 또는 차아염소산염(OCl-)의 농도를 조절하는 것이다.
상기 발광부는 200~400nm 파장 대역의 광을 조사하고, 상기 검출부는 200~400nm 파장 대역의 광을 검출하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자외선을 이용한 수질내 염소 농도 측정 시스템은, 원수를 저장하는 제1 저장 탱크; 상기 저장탱크에 연결된 배관에 설치되고, 2개 이상의 전극으로 구성되어 상기 전극에 공급되는 전류에 의해 상기 원수를 전기분해하여 전해수로 변환시키는 전기분해 반응부; 상기 전해수가 저장되는 제2 저장 탱크; 상기 제2 저장 탱크의 일측에 설치되어, 기 설정된 파장 대역의 자외선을 입사광으로 상기 제2 저장 탱크 쪽으로 조사하는 제1 발광부와, 상기 제2 저장 탱크의 타측에 설치되어, 상기 전해수를 통과한 빛을 검출하는 제1 검출부를 포함하는 제1 광세기측정부; 상기 제1 저장 탱크의 일측에 설치되어 기 설정된 파장 대역의 자외선을 입사광으로 상기 제1 저장 탱크 쪽으로 조사하는 제2 발광부와 상기 제1 저장 탱크의 타측에 설치되어, 상기 전해수를 통과한 빛을 검출하는 제2 검출부를 포함하는 제2 광세기측정부; 및 상기 제2 광세기 측정부에서 검출된 흡수광을 이용하여 상기 원수에서의 흡수광 스펙트럼을 산출한 후 입사광 스펙트럼과 비교하여 상기 원수의 잔류염소의 농도를 산출하고, 상기 제1 광세기 측정부에서 검출된 흡수광을 이용하여 상기 전해수에서의 흡수광 스펙트럼을 산출한 후 입사광 스펙트럼과 비교하여 전해수 내 유리잔류염소의 농도를 산출하는 제어부를 포함하는 것이다.
상기 제1 저장 탱크와 제2 저장 탱크는 상기 입사광이 투과될 수 있는 재질로 형성된 것이다.
상기 제어부는 상기 원수의 잔류염소의 농도와 전해수의 유리잔류염소의 농도를 이용하여 HOCL(치아염소산) 또는 차아염소산염(OCl-)의 농도를 조절하는 것이다.
상기 제1 및 제2 광세기 측정부는 200~400nm 파장 대역의 광을 이용하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기분해에 의해 전해생성물을 생성하는 장치에 적용되어 수자외선을 이용한 수질내 염소 농도 측정 방법은, a) 원수가 공급되면, 원수 공급량을 확인하여 전해질 사용량을 설정하는 단계; b) 배관을 통해 원수가 공급되고, 설정된 전해질 사용량만큼 전해질이 첨가되어 상기 원수를 전기분해하여 전해수로 변환시키는 단계; c) 상기 전해수가 저장된 저장 탱크의 일측에서 기 설정된 파장 대역의 자외선을 입사광으로 조사하고, 상기 저장 탱크의 타측에서 전해수를 통과한 흡수광을 검출하는 단계; 및 d) 상기 입사광의 스펙트럼 세기와 상기 흡수광의 스펙트럼 세기를 검출하여 상호 비교하여 전해수 내 유리잔류염소의 농도를 산출하는 단계를 포함하는 것이다.
상기 c) 단계는, 200~400nm 파장 대역의 광을 이용하는 것이다.
상기 a) 단계는, 상기 원수가 저장된 저장 탱크의 일측에서 기 설정된 파장 대역의 자외선을 입사광으로 조사하고, 상기 저장 탱크의 타측에서 원수를 통과한 흡수광을 검출하는 단계; 및 상기 입사광의 스펙트럼 세기와 상기 흡수광의 스펙트럼 세기를 검출하여 상호 비교하여 원수 내 잔류염소의 농도를 산출하는 단계를 더 포함하는 것이다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 본 발명은 차아염소산(HOCl), 차아염소산염(OCl-), 염소이온(Cl-)의 자외선 흡수 파장 대역을 이용하여 수질내 함유된 염소 종류별 농도를 정확히 측정할 수 있고, 수질 내 함유된 잔류염소농도 및 전기분해에 의해 생성된 유리잔류염소농도 농도를 조절할 수 있는 효과가 있다. 따라서, 본 발명은 원수나 전해수 내의 잔류염소농도 조절을 조절함으로서 살균능력이 우수한 차아염소산과 차아염소산염을 많이 생성할 수 있고, 자외선 광원을 조사하여 원수 및 전해수 내의 염소농도를 조절하여 일정 농도의 염소농도를 갖는 원수의 염소농도를 조절하여 전기분해에 의해 발생되는 차아염소산염 농도를 증가시켜 가장 살균력이 우수한 차아염소산을 함유한 전해수와 자외선을 이용하여 대상 물질에 대한 살균력을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선을 이용한 수질내 염소 농도 측정 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 전해수의 유리잔류염소의 흡수광 스펙트럼을 설명하는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광세기 측정부의 구성을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광세기 측정부의 구성을 설명하는 도면이다.
도 5는 본발명의 일 실시예에 따른 발광부가 275nm 파장 대역과 365nm 파장 대역에서 자외선을 원수와 전해수에 조사시켜 염소농도 변화를 측정한 데이터를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자외선을 이용한 수질내 염소 농도 측정 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 7은 도 6의 제2 광세기 측정부의 구성을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수질 내 염소 종류에 대한 PH 변화 상태를 설명하는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선을 이용한 수질내 염소 농도 측정 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2는 전해수의 유리잔류염소의 흡수광 스펙트럼을 설명하는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광세기 측정부의 구성을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광세기 측정부의 구성을 설명하는 도면이다.
도 5는 본발명의 일 실시예에 따른 발광부가 275nm 파장 대역과 365nm 파장 대역에서 자외선을 원수와 전해수에 조사시켜 염소농도 변화를 측정한 데이터를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자외선을 이용한 수질내 염소 농도 측정 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 7은 도 6의 제2 광세기 측정부의 구성을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수질 내 염소 종류에 대한 PH 변화 상태를 설명하는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선을 이용한 수질내 염소 농도 측정 방법을 설명하는 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아니다. 따라서 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 동일 범위의 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선을 이용한 수질내 염소 농도 측정 시스템의 구성을 설명하는 도면이고, 도 2는 전해수의 유리잔류염소의 흡수광 스펙트럼을 설명하는 그래프이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광세기 측정부의 구성을 설명하는 도면이고, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광세기 측정부의 구성을 설명하는 도면이다. 그리고, 도 5는 본발명의 일 실시예에 따른 발광부가 275nm 파장 대역과 365nm 파장 대역에서 자외선을 원수와 전해수에 조사시켜 염소농도 변화를 측정한 데이터를 설명하는 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 수질내 염소 농도 측정 시스템(100)은, 제1 저장 탱크(110), 전기분해 반응부(120), 제2 저장 탱크(130), 발광부(141), 검출부(142) 및 제어부(150)를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
제1 저장 탱크(110)는 제1 배관(101)을 통해 원수가 공급되어 저장된다.
전기분해 반응부(120)는 제1 저장 탱크(110)에 연결된 제2 배관(102)을 통해 원수가 공급되면, 2개 이상의 전극으로 구성되어 전극에 공급되는 전류에 의해 원수를 전기분해하여 전해수로 변환시킨다. 전기분해 반응부(120)는 제5 배관(105)을 통해 전해질 저장탱크(미도시)로부터 염수용액 또는 희석염산과 같은 전해질(Cl2)이 공급될 수 있다.
전기분해 반응부(120)는 차아염소산(HOCl)과 차아염소산염(OCl-) 등의 살균수가 생성이 가능하도록 전류와 전압을 가변적으로 공급할 수 있는 전원공급장치를 포함한다. 또한, 전기분해 반응부(120)는 고전압 및 고전류를 이용하여 원수로 희석하여 미산성차아염소산수를 생성할 수 있고, 저전압 및 저전류를 이용하여 전해수를 희석없이 그대로 사용하는 강산성차아염소산수나 약산성차아염소산수를 생성할 수도 있다.
제2 저장 탱크(130)는 제3 배관(103)을 통해 전해수를 공급받아 저장하고, 제4 배관(104)을 통해 전해수(또는 살균수)를 배출시키게 된다.
발광부(141)는 제2 저장 탱크(130)의 일측에 설치되어 기 설정된 파장 대역의 자외선을 입사광으로 제2 저장 탱크(130) 쪽으로 조사하고, 검출부(142)는 제2 저장 탱크(130)의 타측에 설치되어 전해수를 통과한 흡수광을 검출한다. 이러한 발광부(141)와 검출부(142)는 일체형으로 제작되어 제1 광세기 측정부(140)의 역할을 수행할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전해수에 포함된 HOCl은 235nm 파장 대역의 광을 흡수하고, OCl- 은 292nm 파장 대역의 광을 흡수하며, Cl- 는 325nm 파장 대역의 광을 흡수하는 특징을 가지고 있다.
따라서, 발광부(141)는 200~400nm의 파장 대역의 광을 방출하는 광소자로서, 할로겐램프, LED, LD 등을 사용할 수 있다. 그리고 검출부(142)는 200~400nm의 파장 대역의 광을 검출하는 광센서로서, Si-계열 포토다이오드 또는 3족 질화물 반도체를 이용한 N-계열 포토다이오드(photo-diode) 등을 사용할 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 발광부(141)는 235nm, 292nm, 325nm의 파장 대역의 광을 독립적으로 방출하는 광소자일 수 있고, 3개의 파장 대역의 광을 동시에 방출하는 광소자일 수 있다. 검출부(142)도 235nm, 292nm, 325nm의 파장 대역의 광을 독립적으로 검출하는 광센서이거나, 3개의 파장 대역의 광을 동시에 검출하는 광센서일 수 있다. 또한, 발광부(141)는 염소 농도를 조절하기 위하여 200~400nm에 해당하는 자외선 LED(UV LED)를 추가할 수 있도록 여유 포트를 더 포함할 수 있다.
만일, 발광부(141)가 어레이 형태의 광원 모듈이고, 검출부(142)가 어레이 형태의 광센서 모듈일 경우에, 제어부(150)는 전해수의 염소 종류별로 농도 측정이 가능한 이미지 검출 기능을 구현할 수 있다.
검출부(142)에서 검출한 흡수광을 전기신호로 변환하여 제어부(150)로 전송하고, 제어부(150)는 검출부(142)에서 수신한 전기 신호를 디지털 신호로 변환하여 광 스펙트럼을 분석하게 된다. 따라서, 제어부(150)는 검출부(142)에서 검출된 흡수광 스펙트럼을 산출하고, 흡수광 스펙트럼과 입사광 스펙트럼을 비교하여, 235nm, 292nm, 325nm의 파장 대역의 각 흡수광 스펙트럼의 세기를 분석하여, 전해수에 포함된 HOCl(차아염소산), OCl-(차아염소산염), Cl-의 상대적인 농도를 산출할 수 있다.
전해수 내에는 HOCl(차아염소산), OCl-(차아염소산염), Cl- 등이 존재하고 있으며, HOCl 함유량이 많을수록 전해수의 살균효과는 더욱 증대된다. 그러나, 수질 내 염소 농도는 수질 종류에 따라 다르기 때문에, 제어부(150)는 전해수 내 유리 잔류염소의 농도를 정확히 산출하여 전기 분해에 의해 생성된 전기분해생성물이면서 살균 효과를 갖는 HOCL, Cl, OCl-의 농도를 조절할 수 있다.
원수 내의 잔류 염소 농도와 전해수 내의 유리잔류염소 농도 조절은 200~400nm 파장의 자외선 광원을 입사시켜 조절 가능하다. HOCL과 OCl- 은 자외선 영역의 파장을 흡수하게 되면 OH- 라디컬과 Cl- 라디컬을 생성하게 된다. OH- 라디컬이 많을수록 pH가 커지게 되며, 생성된 Cl- 라디컬은 흡수되는 자외선 파장에 따라 농도를 변화시킬 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 자외선 파장 대역과 자외선 조사 시간에 따른 염소 농도를 측정하기 위해 자외선 LED와 수용액이 담겨져 있는 페트리디쉬까지의 거리는 4cm이고, 광 조사는 페트리디쉬를 광조사 모듈로 덮어서 275nm UV LED와 365nm UV LED를 이용한 자외선 조사 실험 장치를 이용하여 실험을 진행하였다.
원수(일례로, 수돗물)와 전해수에 275nm 파장의 자외선 LED와 365nm 파장의 자외선 LED를 각각 조사하면, 275nm 파장의 자외선 LED를 이용한 자외선 조사 실험에서는 원수의 잔류염소 농도 및 전해수의 유리잔류염소 농도는 초기에 비하여 감소하는 현상을 보인다. 수돗물의 경우, 초기에 비하여 30초 조사시 염소이온 농도가 증가하는 경향을 보였으나, 이는 측정장비의 오차범위에 해당하는 것으로 판단할 수 있다.
반면에, 365nm 파장의 자외선 LED를 수돗물과 원수에 각각 조사하면, 전해수에서 초기 염소이온농도가 4.64ppm이었으나, 시간 30초 동안 조사시켰을 때 6.34ppm으로 잔류염소농도가 증가하는 현상을 보였다. 자외선 시간을 3분으로 증가시켜 조사시키면 잔류염소농도는 3.94ppm으로 감소하였다. 수돗물의 경우에는 초기 잔류염소농도가 0.5ppm이었으며, 30초동안 조사시킨 경우에는 0.44ppm, 3분 조사시킨 경우에는 0.2ppm으로 감소하였다.
제어부(150)는 용존염소가 물과 반응하여 차아염소산(HOCl)이 생성될 때 동일한 몰수의 염산(HCl)이 또한 생성되기 때문에 생성되는 차아염소산수의 pH를 5.0 ~ 6.5범위 내로 맞추기 위해, 200~400nm 파장의 자외선 LED를 이용하여 잔류염소농도를 제어할수 있도록 자외선 LED를 개별 제어하고, 기 설정된 시간동안 조사시켜 농도를 조절할 수 있도록 제어동작을 수행한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자외선을 이용한 수질내 염소 농도 측정 시스템의 구성을 설명하는 도면이고, 도 7은 도 6의 제2 광세기 측정부의 구성을 설명하는 도면이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수질 내 염소 종류에 대한 PH 변화 상태를 설명하는 그래프이다.
도 3 및 도 4에 도시된 제1 광세기 측정부(140)는 전해수 내 유리잔류염소의 농도를 산출하기 위해 제1 발광부(141)와 제1 검출부(142)로 구성된 제1 광세기 측정부(140)이고, 도 6 및 도 7에 도시된 제2 광세기 측정부(160)는 원수 내 잔류염소의 농도를 산출하기 위해 제2 발광부(161)와 제2 검출부(162)로 구성된다.
원수는 H2O+Cl2로 구성되고, 제1 광세기 측정부(140)의 동작 원리와 마찬가지로 원수에 200~400nm의 파장 대역의 자외선을 제1 저장탱크(110) 또는 또는 제1 저장 탱크(110)와 연결된 제1 배관(101)의 소정 위치에 조사하고, 원수를 통과한 광을 검출하여 흡수광 세기를 측정할 수 있다. 따라서, 제어부(150)는 제2 광세기 측정부(160)에서 측정한 흡수광을 이용하여 원수 내 잔류염소의 농도를 산출할 수 있다.
한편, 제2 광세기 측정부(160)는 제어부(150)의 제어에 따라 기 설정된 조사 시간 동안에 원수에 200~400nm의 파장 대역의 자외선을 조사한다. 그러면, 원수 내 염소는 염소 라디칼(Cl)이 형성되고, 염소 라디칼은 H2O와 반응하여 수산화 라디칼(OH Radical)이 생성된다. 이때, 원수 내 H2O 함유량과 염소 농도에 따라 수산화 이온(OH-) 발생 농도가 달라지므로, 수산화 라디칼 농도에 따른 원수의 PH 조절이 가능해질 수 있다.
따라서, 제어부(150)는 수산화 라디칼의 생성 조건을 형성하기 위해 원수 내에 함유된 염소에 자외선을 조사하는 조사 시간을 설정하여 자외선 파장 대역과 조사량을 가변 제어하고, 이러한 제어부(150)의 가변 제어된 자외선 파장 대역과 조사량에 따라 PH가 6~9 사이로 조절될 수 있도록 한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 살균력이 우수한 HOCL은 PH6에서 가장 많이 생성되며, OCL-는 PH9에서 가장 많이 생성된다. 이러한 HOCL과 OCL-의 PH와 생성률 간의 관계를 이용하여 원수의 PH에 따라 전해수 내의 HOCL 및 OCL-의 농도가 달라지도록 할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선을 이용한 수질내 염소 농도 측정 방법을 설명하는 순서도이다.
도 9를 참조하면, 자외선을 이용한 수질내 염소 농도 측정 방법은 제1 저장 탱크(110)에 원수가 공급되면(S1), 공급된 원수 공급량을 확인한다(S2). 이때, 원수가 공급되는 제1 배관(101)에는 유량계(미도시)가 설치되어 있어, 원수의 적산 유량(공급량)을 확인할 수 있고, 원수 공급량에 따라 전해질의 사용량을 산출할 수 있다.
전기분해 반응부(120)는 제2 배관(102)을 통해 공급되는 원수를 전기분해하여 전해수를 생성하고, 유리잔류염소농도를 조절하기 위한 기 설정된 파장 대역의 자외선 광을 조사하여 살균수 농도를 증가시키도록 한다(S3).
전기분해 반응부(120)에 의해 생성된 전해수는 제2 저장 탱크(130)에 저장되고, 제1 광세기 측정부(140)는 제2 저장 탱크(130) 또는 제2 저장 탱크(130)에 연결된 제4 배관(104)에 200~400nm 파장 대역의 자외선을 조사하고, 전해수를 통과한 광을 검출한다(S4, S5).
제어부(150)는 입사광의 입사광 스펙트럼을 측정하고, 제1 광세기 측정부(140)검출된 광의 흡수광 스펙트럼을 산출하여(S6), 입사광 스펙트럼과 흡수광 스펙트럼의 세기를 비교하여 전해수 내 유리잔류염소의 농도를 측정할 수 있다(S7, S8).
전해수 내의 HOCl, OCl-, Cl- 등 유리잔류염소의 종류별 농도에 따라 각 염소에 해당하는 흡수 파장의 흡수스펙트럼 세기가 달라지게 된다. 즉, HOCl은 235nm, OCl-은 292nm, Cl-은 325nm 파장 대역의 광을 흡수하게 되므로, 전해수를 통과한 광의 세기는 초기 입사광 스펙트럼 세기에 비하여 전해수의 흡수광 스펙트럼 세기가 전해수 내 존재하는 염소의 종류에 따라 약해지게 된다.
따라서, 제어부(150)는 수돗물 등 전기 분해에 사용되는 물인 원수에서의 입사광 스펙트럼과 전해수에서의 흡수광 스펙트럼 세기를 비교함으로써 전해수 내의 염소 종류별로 농도 측정이 가능하다.
제어부(150)는 초입수의 염소 농도에 따른 흡수광 스펙트럼 세기를 검출하고, 그 검출 결과를 저장하여 데이터베이스화하고, 제2 저장 탱크(130)에서 배출되는 전해수, 즉 살균수에 의해 대상 물질의 살균 동작을 수행한 후 대상 물질별로 살균력을 확인하여 저장하여 데이터베이스화하여 관리한다. 제어부(150)는 인체에 안전하면서 강력한 살균수를 얻기 위해, 대상 물질별 전해수 살균소독 작용에 따른 대장균 또는 황색포도상구균의 감소율을 확인하여 살균력을 확인할 수 있다.
이러한 제어부(150)는 일반적인 의미의 컴퓨터 본체일 수 있고, 그 외에 서버 역할을 수행할 수 있는 다양한 형태의 장치로 구현될 수 있다. 구체적으로, 제어부(150)는 통신 모듈(미도시), 메모리(미도시), 프로세서(미도시) 및 데이터베이스(미도시)를 포함하는 컴퓨팅 장치에 구현될 수 있는데, 스마트폰이나 TV, PDA, 태블릿 PC, PC, 노트북 PC 및 기타 사용자 단말 장치 등으로 구현될 수 있다.
한편, 도 9의 단계 S1 내지 S8은 본 발명의 구현예에 따라서 추가적인 단계들로 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계간의 순서가 변경될 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 이러한 기록 매체는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하며, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함하며, 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 수질내 염소 농도 측정 시스템
110 : 제1 저장 탱크
120 : 전기분해 반응부
130 : 제2 저장 탱크
141 : 제1 발광부
142 : 검출부
150 : 제어부
161 : 제2 발광부
162 : 제2 검출부
110 : 제1 저장 탱크
120 : 전기분해 반응부
130 : 제2 저장 탱크
141 : 제1 발광부
142 : 검출부
150 : 제어부
161 : 제2 발광부
162 : 제2 검출부
Claims (11)
- 원수를 저장하는 제1 저장 탱크;
상기 제1 저장탱크에 연결된 배관에 설치되고, 2개 이상의 전극으로 구성되어 상기 전극에 공급되는 전류에 의해 상기 원수를 전기분해하여 전해수로 변환시키는 전기분해 반응부;
상기 전해수가 저장되는 제2 저장 탱크;
상기 제2 저장 탱크의 일측에 설치되어, 기 설정된 파장 대역의 자외선을 입사광으로 상기 제2 저장 탱크 쪽으로 조사하는 발광부;
상기 제2 저장 탱크의 타측에 설치되어, 상기 전해수를 통과한 빛을 검출하는 검출부; 및
상기 검출부에서 검출된 빛을 이용하여 상기 전해수에서의 흡수광 스펙트럼을 산출한 후 입사광 스펙트럼을 비교하여 전해수 내 유리잔류염소의 농도를 산출하는 제어부를 포함하며,
상기 발광부는 200~400nm 파장 대역의 광을 조사하고, 상기 검출부는 200~400nm 파장 대역의 광을 검출하고
상기 제어부는 235nm, 292nm 및 325nm 파장대역의 각 흡수광 스펙트럼의 세기를 분석하여 전해수에 포함된 차아염소산(HOCl), 차아염소산염(OCl-) 및 염소이온(Cl-)의 상대적인 농도를 산출하고,
상기 제어부는 상기 발광부가 원수 및 전해수에 275nm 파장의 자외선과 365nm 파장의 자외선을 기 설정된 시간 동안 조사하도록 제어하여, pH를 조정함으로써 원수의 잔류염소 농도 및 전해수의 유리잔류염소농도를 조정하는 것인, 자외선을 이용한 수질내 염소 농도 측정 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 제2 저장 탱크는 상기 입사광이 투과되어 상기 검출부에서 흡수광을 검출할 수 있는 재질로 형성된 것인, 자외선을 이용한 수질내 염소 농도 측정 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 제어부는 유리잔류염소의 농도를 이용하여 Cl-(염소이온), HOCL(치아염소산) 또는 차아염소산염(OCl-)의 농도를 조절하는 것인, 자외선을 이용한 수질내 염소 농도 측정 시스템. - 삭제
- 원수를 저장하는 제1 저장 탱크;
상기 제1 저장탱크에 연결된 배관에 설치되고, 2개 이상의 전극으로 구성되어 상기 전극에 공급되는 전류에 의해 상기 원수를 전기분해하여 전해수로 변환시키는 전기분해 반응부;
상기 전해수가 저장되는 제2 저장 탱크;
상기 제2 저장 탱크의 일측에 설치되어, 기 설정된 파장 대역의 자외선을 입사광으로 상기 제2 저장 탱크 쪽으로 조사하는 제1 발광부와, 상기 제2 저장 탱크의 타측에 설치되어, 상기 전해수를 통과한 빛을 검출하는 제1 검출부를 포함하는 제1 광세기측정부;
상기 제1 저장 탱크의 일측에 설치되어 기 설정된 파장 대역의 자외선을 입사광으로 상기 제1 저장 탱크 쪽으로 조사하는 제2 발광부와 상기 제1 저장 탱크의 타측에 설치되어, 상기 전해수를 통과한 빛을 검출하는 제2 검출부를 포함하는 제2 광세기측정부; 및
상기 제2 광세기 측정부에서 검출된 흡수광을 이용하여 상기 원수에서의 흡수광 스펙트럼을 산출한 후 입사광 스펙트럼과 비교하여 상기 원수의 잔류염소의 농도를 산출하고, 상기 제1 광세기 측정부에서 검출된 흡수광을 이용하여 상기 전해수에서의 흡수광 스펙트럼을 산출한 후 입사광 스펙트럼과 비교하여 전해수 내 유리잔류염소의 농도를 산출하는 제어부를 포함하며,
상기 제1 발광부 및 제2 발광부는 200~400nm 파장 대역의 광을 조사하고, 상기 제1 검출부 및 제2 검출부는 200~400nm 파장 대역의 광을 검출하고
상기 제어부는 235nm, 292nm 및 325nm 파장대역의 각 흡수광 스펙트럼의 세기를 분석하여 전해수에 포함된 차아염소산(HOCl), 차아염소산염(OCl-) 및 염소이온(Cl-)의 상대적인 농도를 산출하고,
상기 제어부는 상기 제1 발광부 및 제2 발광부가 원수 및 전해수에 각각 275nm 파장의 자외선과 365nm 파장의 자외선을 기 설정된 시간 동안 조사하도록 제어하여, pH를 조정함으로써 원수의 잔류염소 농도 및 전해수의 유리잔류염소농도를 조정하는 것인, 자외선을 이용한 수질내 염소 농도 측정 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 제1 저장 탱크와 제2 저장 탱크는 상기 입사광이 투과될 수 있는 재질로 형성된 것인, 자외선을 이용한 수질내 염소 농도 측정 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 제어부는 상기 원수의 잔류염소의 농도와 전해수의 유리잔류염소의 농도를 이용하여 HOCL(치아염소산) 또는 차아염소산염(OCl-)의 농도를 조절하는 것인, 자외선을 이용한 수질내 염소 농도 측정 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 제1 및 제2 광세기 측정부는 200~400nm 파장 대역의 광을 이용하는 것인, 자외선을 이용한 수질내 염소 농도 측정 시스템. - 삭제
- 삭제
- 삭제
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